宽温域环境中聚四氟乙烯及其复合材料摩擦学性能研究

对比研究了?100~100 ℃范围内聚四氟乙烯(PTFE)及三氧化二铝/聚四氟乙烯(Al₂O₃/PTFE)复合材料的摩擦学性能. 研究结果表明,PTFE因为蠕变,在升温过程中摩擦系数逐步降低,磨损率逐步升高. 而引入Al₂O₃填料会显著影响PTFE的摩擦学行为,Al₂O₃/PTFE的摩擦系数普遍比PTFE高,而磨损率比PTFE低. 摩擦学机理表明,滑动过程中形成的摩擦膜是决定摩擦学行为的关键因素. 这对极端工况条件下高分子复合材料的设计具有重要的指导意义.      

聚苯硫醚复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能研究

分别以短切碳纤维(SCF)、铜(Cu)、氧化铜(CuO)和硫化铜(CuS)微米颗粒作为填料,通过热压成型制备了系列的聚苯硫醚(PPS)复合材料.利用环-块摩擦磨损试验机,研究了PPS复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能,结合摩擦表面形貌、转移膜结构和摩擦化学分析,研究了摩擦学机理.结果表明:填充微米颗粒后,PPS复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能均有不同程度的提高.加入SCF后,PPS表现出最好的耐磨性;Cu和CuS颗粒显著降低PPS的摩擦系数.在此基础上,进一步探究了SCF/Cu、SCF/CuS两组复合填料分别对PPS材料摩擦学性能的影响.研究发现:复合填充SCF和CuS填料后,PPS复合材料的摩擦学性能最佳.SCF和CuS表现出显著的协同效应:SCF提高PPS材料的承载能力和耐磨性;CuS在摩擦界面发生摩擦化学反应,促进具有润滑特性转移膜的形成.     

凹凸棒石增强聚酰亚胺复合材料的干摩擦性能研究

本文中研究制备了聚酰亚胺(PI)多元纳米复合材料，系统考察了多元纳米复合材料在干摩擦条件下的摩擦学性能，并通过扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(ATR-FTIR)和拉曼光谱(Raman)对转移膜的微观形貌和化学成分进行系统分析.摩擦学试验结果表明，与传统碳纤维/石墨(CF/Gr)增强的聚酰亚胺复合材料相比，凹凸棒石(ATP)增强的聚酰亚胺多元纳米复合材料具有更佳的减摩抗磨性，其磨损率降低约69%.结果分析表明在摩擦热和摩擦应力作用下，ATP的摩擦化学产物MgO、SiO_x和Al₂O₃与PI分子链段以及石墨碳在摩擦界面发生摩擦烧结，在金属对偶表面形成含有陶瓷微晶的高质量转移膜，显著提升PI复合材料在干摩擦条件下的减摩抗磨性能.本研究为制备耐高温和长寿命高端摩擦部件提供研究基础.     

CF/PTFE纤维混编织物增强环氧复合材料干摩擦特性

采用碳纤维与聚四氟乙烯纤维(CF/PTFE)混编织物增强,制备了环氧树脂基自润滑复合材料,研究了钢背衬复合材料与45钢在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考查了纤维织物、摩擦热、载荷、速度对材料摩擦磨损性能的影响,用红外热像仪、热电偶及风冷方式对摩擦副温度进行监控,用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损面进行了观察与能谱分析.结果表明:与碳织物相比,混编纤维织物大大改善了复合材料的摩擦学性能,改善效果极大依赖于摩擦温度、载荷和速度参数.PTFE纤维磨损后在树脂基体及偶件表面形成减摩型转移膜层,材料表现为疲劳磨损特征.摩擦高温使复合材料摩擦学特性改变,黏结磨损加剧,偶件钢环表面出现氧化磨损,树脂基体塑性流动,摩擦力增大.混编纤维的排布方式影响复合材料的摩擦磨损性能,摩擦面上大量破碎的碳纤维易使偶件表面转移膜受到破坏,复合材料转变为以磨粒磨损为主,减摩主要源于磨屑中的润滑组分.     

沙水润滑下纳米改性NBR材料的摩擦学性能

丁腈橡胶(NBR)是一种优异的水润滑减摩耐磨材料,但硬质颗粒的介入对其产生较大的材料损失. 利用硅烷偶联剂TESPT改性纳米SiO₂颗粒,并填充至NBR基体,获得改性纳米SiO₂/NBR标记为NBR-1. 改性后的纳米SiO₂颗粒在NBR基体中均匀分散. 将纳米SiO₂颗粒、微米SiO₂颗粒填充至NBR基体标记为NBR-2、NBR-3作为对照组. 三种复合材料在武汉理工大学自制的SSB-100型摩擦磨损试验机上进行沙水润滑工况下的摩擦磨损试验. 结果表明:三种复合材料在沙水工况下摩擦系数均随载荷和转速的增加而下降. 在相同的载荷和转速条件下,NBR-1的摩擦性能最为优异. 对比三种材料的耐沙磨损性能,沙粒对NBR表面的磨损主要为犁沟磨损,NBR-2和NBR-3材料磨损量远远大于NBR-1,NBR-1材料更适用于含沙水区域.      

几种PTFE基自润滑复合材料轴承在油润滑条件下的摩擦学特性

本文利用MPV-1500摩擦试验机对几种PTFE基自润滑复合材料轴承在干摩擦和20~#机械油润滑下的摩擦学性能进行了系统研究,发现其在20~#机械油润滑下的摩擦系数和磨损量都比干摩擦下的低1—2个数量级,并可使其极限PV值提高1—2个数量级。在所研究的几种PTFE基自润滑复合材料轴承中,钢背-青铜粉-(PTFE+Pb)复合材料非标准轴承E_2在一次性加油润滑和滴油润滑下的极限PV值分别大于120MPa·m/s和135MPa·m/s,是常用巴氏合金轴承在同样润滑条件下极限PV值的数倍,而且它的摩擦学性能良好,故其是一种具有广泛应用前景的高PV值滑动轴承。     

石墨烯/LaF3的制备及其作为水基润滑剂的摩擦学性能研究

本文中采用简单的液相化学反应和水热还原过程，成功制备了还原氧化石墨烯纳米片和氟化镧复合材料(rGO/LaF₃). 通过SRV-1微动摩擦试验机测试了系列样品作为水润滑添加剂时的摩擦学性能. 结果显示:当rGO和LaF₃的比值为2∶1时，具有最低摩擦系数0.335；当比值为1∶1时，磨损体积最小；相比纯水，添加rGO/LaF₃复合材料(质量分数0.1%)后表现出了一定的减摩和抗磨作用，其中抗磨效果比较明显.      

纳米及微米颗粒改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纯玻璃纤维织物以及辐照聚四氟乙烯(PTFE)粉末、MoS2粉末、纳米TiO2和纳米CaCO3填充改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明，辐照PTFE粉末和纳米TiO2可以明显提高玻璃纤维织物复合材料的减摩抗磨性能，且辐照PTFE粉末的减摩抗磨效果明显优于纳米TiO2；当PTFE的质量分数为10％时，PTFE改性玻璃纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最好．MoS2和纳米CaCO3则使得玻璃纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率明显增大，其中纳米CaCO3填充玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最差。     

锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能

利用粉末冶金工艺设计和制备了新型润滑材料——锡青铜梯度自润滑复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:锡青铜梯度自润滑复合材料摩擦学性能优异,且偶件损伤轻微;所研制的锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能优于目前国内常用的金属润滑材料555铅青铜、6501锡青铜以及进口多层金属润滑材料;锡青铜梯度自润滑复合材料的优异减摩抗磨性能取决于其特殊的梯度结构.     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

聚四氟乙烯和二硫化钼填充聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了聚四氟乙烯(PTFE)和MoS2填充聚酰亚胺(PI)复合材料在干摩擦下与GCr15轴承钢对摩时的摩擦磨损性能，并利用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了PI复合材料及其偶件磨损表面形貌和元素面分布．结果表明，PTFE和MoS2均可降低PI的摩擦系数，其中PI 30％MoS2复合材料的减摩性能最佳，其摩擦系数同纯PI的相比降低了约50％．除PI 10％PTFE 20％MoS2外，其它几种复合材料的抗磨性能均明显优于纯PI，其中PI 20％PTFE 10％MoS2复合材料的抗磨性能最佳，其磨损率比纯PI的低1个数量级．PI复合材料的摩擦磨损性能同其在偶件磨损表面形成的转移膜的性质密切相关，当转移膜厚度适当且分布较均匀时，PI复合材料的减摩抗磨性能良好．     

复层孔隙分布铁基粉末冶金材料的力学和摩擦学性能

采用粉末冶金工艺制备基体致密、表层多孔含油的复层铁基含油材料，利用SEM、EDX和XRD分析材料微观组织形貌、组元和物相组成及断口形貌，并基于HDM-20端面摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能. 结果表明:在铁基粉末冶金材料中添加适量TiH₂可有效提高材料的孔隙率，同时在孔隙附近内生TiC硬质相，有效弥补孔隙对力学性能削弱；添加TiH₂后，材料的硬度提高，压溃强度有所降低，材料的断裂机理逐渐由韧性断裂转变为脆性断裂；随着TiH₂含量增加，材料的摩擦学性能呈现先变好后恶化趋势，含质量分数3%TiH₂材料的综合力学和摩擦学性能较好，能实现较高强度与良好自润滑特性的统一. 研究工作为研制高性能铁基含油轴承材料提供新的思路.      

碳纤维的长度与取向对聚醚醚酮基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了制备性能优异的聚醚醚酮(PEEK)基自润滑耐磨材料，本文作者通过挤出、注塑成型制备了碳纤维(CF)填充PEEK/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料，研究了CF的含量、长度及其在复合材料中的取向对复合材料摩擦磨损性能的影响，采用扫描电子显微镜观察了磨痕的微观形貌，并分析了磨损机理. 研究结果表明:复合材料的平均摩擦系数和体积磨损率随CF添加量的增大均呈现先降低后升高的趋势. 当添加的CF质量分数大于10%时，长CF所填充复合材料的平均摩擦系数明显低于短CF填充复合材料. 当固定CF质量分数为10%时，复合材料在不同CF取向方向上的滑动摩擦磨损行为存在较大差异:X向(熔体流动方向)上滑动时，滑动方向与CF取向排列方向一致，平均摩擦系数较低，但体积磨损率较高；在Y滑动方向上(X的垂直方向)滑动时，平均摩擦系数较高，但体积磨损率较低.      

固体润滑剂对稻壳基陶瓷材料干摩擦行为的影响

为实现稻壳资源的综合利用,本文作者以稻壳粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,石墨和二硫化钼为固体润滑剂,制备出稻壳基陶瓷复合材料,并研究其摩擦学性能,为稻壳基陶瓷材料在滑动轴承和电机电刷领域的应用奠定基础.在可控氛围微型摩擦磨损试验仪上,研究了不同载荷和转速下,石墨和二硫化钼对稻壳基陶瓷颗粒复合材料的摩擦学行为的影响.结果表明:添加质量分数10%石墨(或二硫化钼)于稻壳基材料中,材料的抗磨和减摩性能均得到明显的改善.在一定的载荷和速度下,添加石墨的稻壳基陶瓷复合材料的摩擦学性能优于添加二硫化钼稻壳基陶瓷复合材料.其中,石墨复合材料容易在低载荷(或转速)下,形成致密的摩擦膜起到一定的抗磨减摩功效;而二硫化钼的复合材料摩擦过程容易形成磨屑,致使材料表面形成微坑,使得抗磨性能降低.在高载荷或高转速时,两者均会因摩擦力诱导材料表面发生疲劳磨损,出现大量的坑槽,加剧磨损.     

二硫化钼/硫化锌纳米粉体的制备及其改性聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能研究

采用一步水热法设计制备了二硫化钼/硫化锌(MoS₂/ZnS)纳米杂化体,并利用热压成型技术得到聚酰亚胺/二硫化钼/硫化锌(PI/MoS₂/ZnS)复合材料. 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及光电子能谱仪对所制备材料的形貌和化学组成进行表征,结果表明MoS₂纳米薄片均匀致密地包覆在ZnS纳米颗粒表面. 热重分析和差示扫描量热曲线结果表明,MoS₂/ZnS纳米杂化体的引入显著地提升了PI基体的热稳定性能. 摩擦磨损测试结果表明,三种填料(MoS₂,ZnS和MoS₂/ZnS)均能有效改善PI基体的摩擦学性能,其中MoS₂/ZnS纳米杂化体的增强效应最为显著,这主要归因于MoS₂纳米片和ZnS纳米粒子之间的协同增强效应. 当MoS₂/ZnS纳米杂化体的质量分数为1.5%时, PI/MoS₂/ZnS复合材料的摩擦学性能达到最优,相较于纯的PI,复合材料的摩擦系数和磨损率分别下降了15. 9%和34. 3%.      

石墨烯/二硫化钼复合纳米添加剂的制备及摩擦学性能研究

采用水热法制备了两种不同形貌结构的石墨烯/二硫化钼纳米复合物(RGO/MoS₂-1和RGO/MoS₂-2). 通过电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪和热重分析仪对所制备材料的形貌、成分和晶格结构进行表征；利用SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了RGO/MoS₂-1和RGO/MoS₂-2作为PAO-4添加剂的摩擦学性能. 结果显示具有花状结构的RGO/MoS₂-2与RGO/MoS₂-1相比具有更大的层间距，且因其较大的层间距使得RGO/MoS₂-2表现出较好的摩擦学性能. Raman和XPS对润滑机理的表征结果证实了RGO/MoS₂复合纳米添加剂优异的摩擦学性能归因于吸附和摩擦化学反应的协同作用.      

聚四氟乙烯/聚苯硫醚织物自润滑关节轴承的摩擦学性能

制备了两种聚四氟乙烯(PTFE)/聚苯硫醚(PPS)织物衬垫自润滑关节轴承.在径向载荷为35 kN,摆动频率为2.5 Hz工况下,利用关节轴承试验机对其摩擦学性能进行了研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对其摩擦面的微观形貌和磨损机理进行了研究.结果表明:PTFE/PPS短纤维关节轴承表现出良好的摩擦学性能,其耐磨性和PTFE转移膜面积比PTFE/PPS长丝纤维关节轴承高22.9%和69.7%.PTFE/PPS短纤维关节轴承的磨损机理主要为轻微的黏着磨损和磨粒磨损,PTFE/PPS长丝纤维关节轴承的磨损机理主要为严重的黏着磨损和磨粒磨损.     

填料粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦学性能影响的数值模拟

利用离散元方法对Cu/PTFE复合材料与45钢摩擦副建立滑动摩擦模型,重点探讨了填充质量一定时,Cu颗粒粒径对Cu/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响.模拟结果表明:Cu/PTFE复合材料与45钢滑动摩擦过程中,在45钢表面形成一层转移颗粒层,转移颗粒层的形成可以降低PTFE基复合材料的磨损;随着Cu粒径的增大,摩擦转移量呈增加趋势,说明一定范围内,较大粒径的Cu填充PTFE基复合材料更加有利于转移颗粒层的形成;滑动摩擦系数随着Cu粒径的增大呈减小趋势;PTFE基复合材料的磨损量、磨损率均随Cu粒径的增大先增加后减小.     

二硫代二苯甲酸二异辛酯作为铜、铝合金润滑剂的摩擦学性能及机理研究

以具有特殊双硫醚结构的二硫代二苯甲酸和异辛醇为原料合成了酯类润滑油二硫代二苯甲酸二异辛酯(Phe-S-C_i8).采用微动摩擦磨损试验机对其在不同摩擦副上的润滑性能进行评价，使用X射线光电子能谱及扫描电镜对磨斑表面形貌及元素状态进行了表征，对影响其摩擦学性能的因素进行了深入探究.研究结果表明，与参照样1088和Phe-3C_i8相比，Phe-S-C_i8具有更好的氧化安定性及热稳定性，其作为钢/铜摩擦副的润滑剂，具有一定的减摩抗磨效果；作为钢/铝摩擦副的润滑剂，具有较好的减摩抗磨性能.Phe-S-C_i8在以上两种摩擦副上表现出显著优于参照样的极压承载能力.通过对磨斑表面元素进行分析可知，Phe-S-C_i8在钢/铜摩擦副上的减摩抗磨性能主要归因于润滑剂分子在摩擦副表面的物理吸附作用，其在钢/铝摩擦副间的减摩抗磨性能主要归因于Phe-S-C_i8与摩擦界面间的化学反应.     

无机纳米微粒及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

以纳米Al2O3、纳米TiO2及聚四氟乙烯(PTFE)作为复合填料，利用热压成型方法分别制备了纳米Al2O3-PTFE及纳米TiO2-PTFE填充聚醚醚酮(PEEK)复合材料；采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了纳米微粒对复合材料摩擦学性能的影响；采用扫描电子显微镜观察分析了复合材料磨损表面形貌．结果表明：纳米微粒和PTFE作为复合填料可以显著改善PEEK的摩擦学性能，其改善效果同纳米微粒的填充量相关；当纳米填料的质量分数相同时，PEEK／PTFE／nano-TiO02复合材料的摩擦磨损性能明显优于PEEK／PTFE／nano-Al2O3复合材料；含纳米Al2O3的复合材料磨损表面呈现严重塑性变形特征，且塑性变形程度随纳米微粒含量增加而增大，而含纳米TiO2的复合材料磨损表面塑性变形轻微．